Lämpötilan vaikutus kuparin ja nikkelin kolonnierotuksessa kelatoivalla adsorbentilla
|
|
- Anne-Mari Rantanen
- 7 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Kemiantekniikan osasto Teknillisen kemian laboratorio BJ10A0101 Kandidaatintyö ja seminaari Lämpötilan vaikutus kuparin ja nikkelin kolonnierotuksessa kelatoivalla adsorbentilla Tekijä: Suppula Ilkka
2 TIIVISTELMÄ Tekijä: Ilkka Suppula Nimi: Lämpötilan vaikutus kuparin ja nikkelin kolonnierotuksessa kelatoivalla adsorbentilla Osasto: Kemiantekniikka Vuosi: 2009 Kandidaattityö, Lappeenrannan teknillinen yliopisto Hakusanat: kelatoiva adsorbentti, lämpötilan vaikutus Sinkin valmistuksessa pitää sinkkirikasteesta poistaa epäpuhtausmetallit ennen elektrolyysiä. Nykyisin epäpuhtauksien poistamiseksi käytetään sementointimenetelmiä. Sementointi voisi olla mahdollista korvata kelatoivalla adsorbentilla suoritettavalla erotuksella, jonka etuja ovat selektiivisyys ja ympäristöystävällisyys. Työn tarkoituksena on tutkia lämpötilan vaikutusta kelatoivalla adsorbentilla tehtävään nikkelin ja kuparin kolonnierotukseen. Kolonnierotuksessa lämpötila voi vaikuttaa sekä liuoksen että adsorbentin fysikaalisiin, kemiallisiin ja sähkökemiallisiin ominaisuuksiin. Näiden vaikutusten johdosta voivat esimerkiksi erotuksen stoikiometria, kinetiikka tai toimintaolosuhteet muuttua. Tässä työssä lämpötilan vaikutusta kolonnierotukseen tutkittiin rikkihapon ja erotusmateriaalin välisillä kinetiikkakokeilla sekä synteettisellä Cu- SO 4 -liuoksella ja autenttisella ZnSO 4 -liuoksella tehdyillä kolonniajoilla. Työssä käytetyn erotusmateriaalin runko on silikapolyamiini ja sen funktionaalisena ryhmänä toimii 2-aminometyylipyridiini. Lämpötilan ollessa 60 C havaittiin erotusmateriaalin ja rikkihapon asettuvan tasapainoon kolme kertaa nopeammin kuin 25 C:ssa. Lämpötilan nostamisella edelleen 90 C:een ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta tasapainon saavuttamisen nopeuteen. Kuparin läpäisykäyrän havaittiin jyrkentyvän lämpötilan noston vaikutuksesta niin autenttisella ZnSO 4 -liuoksella kuin synteettisellä CuSO 4 -liuoksella. Tämän oletettiin johtuvan kinetiikan nopeuden kasvusta sekä autenttisella liuoksella myös viskositeetin pienenemisestä. Lämpötilan vaikutuksesta on mahdollista käsitellä autenttista ZnSO 4 -liuosta 90 C:ssa noin 3,5-kertaa enemmän kuin 25 C:ssa, siten että liuoksesta saadaan poistettua lähes kaikki kupari. Nikkelin havaittiin läpäisevän kolonnin kaikissa lämpötiloissa lähes välittömästi. Tästä syystä tutkittu erotusmateriaali ei sovellu nikkelin ja kuparin samanaikaiseen erottamiseen tutkitusta autenttisesta ZnSO 4 -liuoksesta.
3 ABSTRACT Author: Name: Ilkka Suppula Temperature dependency of copper and nickel column separation with chelating adsorbents Department: Chemical Technology Year: 2009 Candidate work, Lappeenranta University of Technology Keywords: chelating adsorbent, temperature dependency, Zinc concentrate contains impurity metals, which have to be removed before electrolysis. Today this is made by cementation methods. Cementation could be replaced by separation with chelating adsorbents, which gives better selectivity and is environmentally friendly. The purpose of this work is to investigate temperature dependency of nickel and copper column separation with chelating adsorbents. Temperature may influence the physical, chemical and electrochemical properties of solutions and adsorbents in column separation. Thus stoichiometry, kinetics or operational conditions of separation may vary with temperature. Temperature dependency of separation was investigated in this work by carrying out column separation experiments with synthetic CuSO 4 solution and authentic ZnSO 4 solution and kinetical experiments between separation material and sulfuric acid. The backbone of the used separation material is silicapolyamine and its functional group is 2-aminomethylpyridine. At 60 C, it was observed that separation material and sulfuric acid reached equilibrium three times faster than at 25 C. Raising temperature to 90 C did not have observable influence on kinetics. Breakthrough curves of copper were detected to steepen as temperature rose with synthetic CuSO 4 solution and authentic ZnSO 4 solution. This was assumed to result from faster kinetics, and with authentic sulfate solution also viscosity probably affected. At 90 C it is possible to process about 3.5 times more authentic ZnSO 4 solution than at 25 C. Nickel was observed to penetrate column at all temperatures almost immediately. Separation material is not feasible in simultaneous separation of nickel and copper from authentic ZnSO 4 solution.
4 SYMBOLILUETTELO A anioni B kationi BV petitilavuus, - c konsentraatio liuoksessa, mol/l F a osittainen kiinnittyminen, - tasapainovakio, - k nopeusvakio, L/(mol s) L k typpiatomi jonka on mahdollista jakaa elektronipari m konsentraatio hartsissa, mol/l Me metalli m i empiirinen vakio n koordinaatioluku n i adsorboitunut ainemäärä, mol/g s n i kapasiteetti suurissa konsentraatioissa, mol/g P polymeerinen hartsimatriisi p i komponentin osapaine liuoksessa, Pa R kaasuvakio, J/(mol K) T lämpötila, C t aika, min virtausnopeus, ml/min V 0 letkutilavuus, ml V peti hartsipedin tilavuus, ml X vastaioni x ionin osuus liuoksessa, - y ionin osuus hartsissa, - Z ionin varaus kiinnittynyt määrä hetkellä t, mol/g hartsi kiinnittynyt määrä hetkellä t=0, mol/g hartsi kiinnittynyt määrä tasapainossa, mol/g hartsi erotuskerroin, - H entalpia, kj/mol S entropia, J/K metallin varaus faasisuhde, -
5 SISÄLLYS 1 Johdanto Kelatoivat adsorbentit Ioninvaihto ja adsorptio Kinetiikka Kolonnierotus Lämpötilan vaikutus erotuksessa KOKEELLINEN OSA Koejärjestelyt Erotusmateriaali ja kemikaalit Hartsin esikäsittely Kinetiikkamittaukset Kolonniajot Tulokset ja tulosten tarkastelu Kinetiikan tulokset Kolonniajojen tulokset Synteettisen CuSO 4 -liuoksen läpäisykäyrät ja eluointipiikit Autenttisen ZnSO 4 -liuoksen läpäisykäyrät ja eluointipiikit Eluointipiikeistä määritetyt kapasiteetit Yhteenveto ja johtopäätökset LÄHDELUETTELO... 27
6 2 1 Johdanto Tämän työn tarkoituksena on tutkia lämpötilan vaikutusta kuparin ja nikkelin kolonnierotukseen kaupallisella silikarunkoisella 2-aminometyylipyridiini funktionalisoidulla kelatoivalla adsorbentilla (CuWRAM). Kirjallisessa osiossa on paneuduttu kolonnierotuksen perusteoriaan, sekä aihealueisiin jotka ovat tarpeellisia kokeellisen osion kannalta. Kokeellisessa osiossa on tutkittu lämpötilan vaikutusta rikkihapon ja erotusmateriaalin väliseen kinetiikkaan sekä synteettisellä CuSO 4 - liuoksella ja autenttisella ZnSO 4 -liuoksella ajettuihin kuparin ja nikkelin läpäisykäyriin. Sinkin valmistuksessa hydrometallurgisilla menetelmillä sinkkirikasteeseen liukenee myös muita mineraaleissa esiintyviä metalleja. Metallit pitää poistaa rikasteesta ennen elektrolyysiä, sillä muuten ne esiintyisivät lopputuotteessa epäpuhtauksina. Näiden epäpuhtauksien erottaminen suoritetaan perinteisesti sementoinnilla, joka vaatii haitallisia yhdisteitä kuten arseenitrioksidia. Sementoinnissa syntyvät lietteet ja suodinkakut ovat hankalasti käsiteltäviä ja hävitettäviä, eivätkä ne useinkaan täytä jäteliuoksille asetettuja säädöksiä. Nykyään tutkitaankin ioninvaihtoon, adsorptioon ja uuttoon perustuvien puhdistusmenetelmien soveltuvuutta hydrometallurgisiin sovelluksiin. (Äikäs 2005, Sirola et al. 2008, Outola et al. 2001) Kun adsorbentilla pakatun kolonnin läpi johdetaan liuosta, kiinnittyvät komponentit adsorbenttiin fysikaalisella ja kemiallisella adsorptiolla. Adsorbentti vetää komponentteja puoleensa van der Waal sin ja sähköstaattisten voimien avulla. Van der Waal sin voimat ilmenevät, kun pinnan ja komponenttien välille indusoituu polarisaatio, eli varaus jakautuu epätasaisesti. Sähköstaattiset voimat ilmenevät taas kun pinnalla on pysyvä sähköinen dipoli, kvadrupolimomentti tai sähköinen varaus. Kemiallisessa adsorptiossa muodostuu kemiallisia sidoksia, kun taas fysikaalisessa adsorptiossa komponentti kiinnittyy pintaan paljon heikompien van der Waal sin voimien vaikutuksesta. (LeVan ja Carta 2008, Habashi 1999) Adsorptiosovelluksissa käytettävät kelatoivat adsorbentit ovat erotusmateriaaleja, jotka sisältävät kelatoivia ligandeja kiinnitettynä adsorbentin pintaan. Adsorbenteilla on suuri ominaispinta-ala, johon kaasumaiset ja nestemäiset aineet voivat adsorboitua. Kelatoivat ligandit voivat muodostaa komplekseja kationeiden kans-
7 3 sa. Kompleksien stabiilisuus riippuu ligandiin kiinnittyvästä kationista. Kompleksien stabiilisuuserot vaikuttavat siihen mitä kationia erotusmateriaali suosii. Kelatoivat adsorbentit ovat siis selektiivisiä erotusmateriaaleja ja tämän vuoksi ne olisivatkin houkutteleva vaihtoehto metallien erottamiseen hydrometallurgisissa sovelluksissa. (Äikäs 2005, Sirola et al. 2008, Juopperi 2003, Agrawal ja Sahu 2005) 2 Kelatoivat adsorbentit Kelatoivat adsorbentit koostuvat polymeeri- tai mineraalirungosta, johon on kiinnitetty kelatoivia ligandeja. Kelatoivat ligandit sisältävät enemmän kuin yhden luovuttaja-atomin, jonka on mahdollista yhtyä saman kationin kanssa. Luovuttajaatomien lukumäärän mukaan kelatoivia ligandeja kutsutaan yksi-, kaksi-, tai monihampaisiksi. Rakenteessa olevat luovuttaja-atomit ovat yleisesti happea, typpeä tai rikkiä, jotka sisältävät vapaita elektronipareja, jolloin niiden on mahdollista toimia Lewis-emäksinä. Luovuttaja-atomien (Lewis-emäs) avulla ligandin on mahdollista muodostaa koordinaatiosidoksia metallikationin (Lewis-happo) kanssa. Muodostunutta kompleksia kutsutaan kelaatiksi. Kelaatti on heterosyklinen yhdiste, jossa metalli-ioni on kiinnitetty koordinaatiosidoksin vähintään kahteen epämetalli-ioniin. (Äikäs 2005, Agrawal ja Sahu 2005, Sirola 2003) Kelatoiva adsorbentti pyrkii muodostamaan kompleksin sellaisen kationin kanssa, jolla syntyvän kompleksin stabiilisuus on korkeampi. Tähän ilmiöön perustuu kelatoivien adsorbenttien selektiivisyys. Kelatoivat erotusmateriaalit eivät kykene muodostamaan komplekseja alkali ja maa-alkalimetallien kanssa, joten yleensä ne ovat selektiivisempiä raskasmetallikationeille. Raskasmetallikationeita ovat esimerkiksi Cu 2+, Pb 2+, Ni 2+, Cd 2+ ja Zn 2+. (Äikäs 2005, Agrawal ja Sahu 2005) Tavanomaisten ioninvaihtimien toiminta perustuu rakenteessa oleviin ionogeenisiin ryhmiin, jotka kykenevät dissosioitumaan. Nämä ryhmät kykenevät vaihtamaan stoikiometrisesti vastaavan määrän ioneja kosketuksissa olevan liuoksen kanssa. Kelatoivat adsorbentit eivät sisällä ionogeenisiä ryhmiä eivätkä siten vaihda ioneja kosketuksissa olevan liuoksen kanssa. Riippumatta tästä erosta on niille sovellettavissa sama adsorption ja ioninvaihdon perusteoria. (Sirola et al. 2008, Leinonen 1999)
8 4 3 Ioninvaihto ja adsorptio Ioninvaihtoprosessia voidaan käsitellä kvantitatiivisesti kahdella eri tavalla; adsorptioilmiönä tai luokitella se sähköstaattisten voimien vuorovaikutuksiksi elektrolyyteissä. Ioninvaihtoreaktiolle on voimassa yleinen yhtälö (1). (LeVan ja Carta 2008, Juopperi 2003, Ivanov et al. 1998) (1) Jossa P polymeerinen hartsimatriisi A anioni B kationi Z ionin varaus X vastaioni Yhtälöt (2) ja (3) esittävät Sirolan mukaan tasapainoa rikkihappoa ja metallisulfaatteja sisältävässä liuoksessa adsorbentin pinnalla, kun oletetaan että pinta sisältää kahdenlaisia sitoutumispaikkoja. (Sirola et al. 2008) (2) (3) Jossa L k typpiatomi jonka on mahdollista jakaa elektronipari Me metalli metallin varaus n koordinaatioluku Koordinaatioluku määrää osaltaan ioninvaihtoreaktion stoikiometriaa (katso yhtälö (3)) ja siksi kompleksien muodostumisella on suuri merkitys ioninvaihdon tasapainoon. Koordinaatioluku vaikuttaa myös syntyvän kompleksin rakenteeseen. Kupari voi esiintyä komplekseissa koordinaatioluvuilla 3 8, kuparikompleksin yleisin rakenne on vääristynyt oktaedri. Nikkelillä koordinaatioluku voi vaihdella välillä 3 6. (Sirola 2003) Tasapainovakio ja erotuskerroin yhtälölle (1) on esitetty yhtälöissä (4) ja (5). Tasapainovakio kuvaa lähtöaineiden ja tuotteiden suhdetta tasapainossa. Erotuskertoimella kuvataan ionien keskinäisen jakautumisen suhdetta. (Ivanov et al. 1998) (4) jossa tasapainovakio, - m konsentraatio hartsissa, mol/l c konsentraatio liuoksessa, mol/l
9 5 (5) jossa erotuskerroin, - y ionin osuus hartsissa, - x ionin osuus liuoksessa, - Toisin kuin ioninvaihdossa adsorptiossa hartsi ei vaihda ioneja stoikiometrisessa suhteessa liuoksen kanssa, vaan liuoksessa olevat ionit kiinnittyvät pintaan fysikaalisen ja kemiallisen adsorption johdosta. Adsorptiota voidaan kuvata monilla eri malleilla. Yhden komponentin adsorptiota kuvaavia malleja ovat esimerkiksi yhtälön (6) Langmuirin isotermi sekä yhtälön (7) Freundlichin isotermi. Tärkein tekijä mallin valinnan kannalta on kuitenkin sen paikkansa pitävyys koko prosessiolosuhdeskaalalla. Adsorptioisotermi kuvaa tasapainotilaa, mutta se ei kerro kuinka kauan tasapainon saavuttaminen kestää. Vaikka kyseiset mallit on tehty yhden komponentin ioninvaihtoon, on ne mahdollista yleistää myös monikomponenttiadsorptioon. (LeVan ja Carta 2008) jossa s n i n i kapasiteetti suurissa konsentraatioissa, mol/g hartsi adsorboitunut ainemäärä, mol/g hartsi (7) jossa m i empiirinen vakio Adsorptioisotermin muodolla on kriittinen merkitys regeneroitavan prosessin toimintaan. Adsorption tasapainoisotermit jaotellaankin muotonsa puolesta suotuisiksi ja epäsuotuisiksi. Suotuisa isotermi on konkaavi alaspäin (Kuva 1, Type I), jolloin hartsin sitoma ainemäärä kasvaa voimakkaasti jo pienissä pitoisuuksissa. Epäsuotuisa isotermi on taas konkaavi ylöspäin (Kuva 1, Type III), jolloin hartsin sitoma ainemäärä kyllä kasvaa konsentraation kasvaessa mutta voimakkaampi kasvu tapahtuu vasta suuremmilla konsentraatioilla. Kuvassa 1 olevalla Type II mukaisella isotermillä on käännepiste, jonka johdosta sen sitoma ainemäärä kasvaa suhteellisen voimakkaasti sekä pienillä että hyvin korkeilla konsentraatioilla. Jos hartsi suosii liikaa erotettavaa komponenttia, saattaa regeneroinnin tehokkuus kärsiä. (LeVan ja Carta 2008) (6)
10 6 Kuva 1. Adsorptioisotermien muotoja p i = komponentin osapaine n i = adsorboitunut määrä. (LeVan ja Carta 2008). 4 Kinetiikka Kinetiikka määräytyy yleisesti diffuusion perusteella, mutta tietyillä kelatoivilla hartseilla nopeuden voi määrätä kemiallinen reaktio hartsin ja komponenttien välillä. Jos varsinainen kemiallinen reaktio on tekijä, joka määrää kinetiikan nopeuden, voidaan kinetiikka kuvata reversiibelin reaktion nopeuslain avulla. Diffuusion ollessa ioninvaihdon määräävä tekijä voi rajoittavana tekijänä olla joko filmidiffuusio ja/tai partikkelidiffuusio. Filmidiffuusio on vastaionien diffuusiota pintafilmiin kun taas partikkelidiffuusio on vastaionien diffuusiota hartsissa. (Helfferich 1995, Agrawal et al. 2003) Filmidiffuusio määrää kinetiikan nopeutta tilanteissa joissa on laimeat liuokset, ionisten ryhmien määrä on suuri, ristisilloitusaste on alhainen, partikkelikoko on alhainen ja prosessilla on vajaatehoinen sekoitus. Partikkelidiffuusio on sitä määräävämmässä asemassa mitä vähemmän edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat kyseisessä tilanteessa. (Helfferich 1995) 5 Kolonnierotus Kolonnierotus koostuu latauksesta ja eluoinnista, lisäksi kumpaakin vaihetta seuraa pesu. Tarvittaessa eluoinnin jälkeen suoritetaan hartsin regenerointi erillisessä vaiheessa. Kuvassa 2 on esitetty kolonnierotuksen vaiheet. Kun viimeinen pesu on tehty, hartsi on jälleen toimintavalmis ja voidaan siirtyä uudelleen vaiheeseen 1. (LeVan ja Carta 2008, Habashi 1999)
11 7 Kuva 2. Kolonnierotuksen vaiheet (Habashi 1999). Kolonnierotus voidaan käsittää sarjaksi panosreaktioita, sillä kolonnierotuksessa liuos johdetaan pedin läpi siten että kolonnissa liuos kohtaa uudelleen ja uudelleen hartsikerroksia, jotka ovat alkuperäisessä muodossaan. Kuvassa 3 on esitetty periaatekuva kyseisestä tilanteesta. (Helfferich 1995) Kuva 3. Kolonnin profiilin periaatekuva erotuksen aikana, a käytetty hartsi, b rajakerros, c käyttämätön hartsi (Helfferich 1995). Kuvassa 3 esitetty rajakerros on siis se osa kolonnia, jossa tapahtuu ionin kiinnittymistä hartsiin. Kun rajakerros saavuttaa kolonnin ulostulon, alkaa kolonnin läpi tulla erotettavaa komponenttia, tilannetta kutsutaan läpäisyksi. Läpäisyn tapahtumakohta määrää läpäisykapasiteetin, jolla syötettävästä liuoksesta voidaan poistaa lähes kaikki halutut komponentit. Tämän jälkeen kolonnin on mahdollista sitoa
12 8 vielä erotettavaa komponenttia, koska rajakerroksessa on käyttämättömiä hartsipartikkeleita. Kokonaiskapasiteetiksi kutsutaan sitä määrää jonka hartsi kykenee kokonaisuudessaan sitomaan. (Helfferich 1995) Tasapaino, kinetiikan nopeus ja toimintaolosuhteet vaikuttavat rajakerroksen leveyteen. Kaikki tekijät, jotka leventävät rajakerrosta, loiventavat syntyvän läpäisykäyrän muotoa. Vastaavasti tekijät, jotka kaventavat rajakerrosta jyrkentävät läpäisykäyrää. Suotuisa tasapainoisotermi vastustaa häiriöitä, jotka leventäisivät rajakerrosta. Läpäisykäyrän muoto säilyy tämän johdosta samana liikkuessaan kolonnissa eteenpäin. Epäsuotuisa tasapainoisotermi ei estä näitä häiriöitä, jolloin rajakerros levenee liikkuessaan kolonnissa. (Helfferich 1995) Kolonnierotuksessa virtausnopeus on usein korkeampi kuin mitä tasapainoon saavuttamiseen vaaditaan ja tämä leventää rajakerrosta. Kuitenkin mitä korkeampi on kinetiikan nopeus, sitä paremmin tasapaino saavutetaan. Tästä syystä rajakerrosta voidaan kaventaa kaikilla keinoilla, joilla kinetiikan nopeutta kasvatetaan ja rajakerroksen liikkuvuutta hidastetaan. Kinetiikan nopeutta voidaan kasvattaa pienellä partikkelikoolla, matalalla ristisilloitusasteella ja kohotetulla lämpötilalla. Näillä toimenpiteillä on kuitenkin myös omat negatiiviset vaikutukset kolonnin toimintaan. Pieni partikkelikoko aiheuttaa painehäviötä, matala ristisilloitusaste kanavoitumista ja kohotettu lämpötila voi aiheuttaa ei-toivottuja sivureaktioita. (Helfferich 1995) Rajakerroksen liikkuvuutta voidaan hidastaa vähentämällä virtausnopeutta, pienentämällä konsentraatiota ja lisäämällä hartsin tilavuuskapasiteettia. Näiden toimien vaikutuksesta erotukseen kuluva aika kasvaa. Toimet eivät tehoa, jos filmidiffuusio määrää kinetiikan nopeuden, sillä ne vähentävät myös filmidiffuusion nopeutta. Myös kolonnin pakkaamisella ja tasalaatuisella partikkelikoolla on tärkeä merkitys syntyvän läpäisykäyrän muotoon. Huono kolonnin pakkaaminen voi aiheuttaa kanavoitumista. (Helfferich 1995) Kolonnierotusta voidaan tutkia eri menetelmien avulla, tärkeimmät näistä ovat eluointi, syrjäyttäminen ja rintamien analysointi. Rintamien analysointi tekniikassa, jota on käytetty kokeellisessa osassa, kolonniin ajetaan jatkuvasti tutkittavaa liuosta. Menetelmässä ei saada erotettua täysin kuin yksi komponentti ja sen jälkeen saadaan tietoa pelkästään komponenttien keskinäisistä suhteista. Kuvassa 4 on esitetty teoreettinen tilanne, jossa kolmikomponenttista liuosta (B C D) ajetaan
13 9 kolonnin läpi ja liuos korvaa hartsissa olevan komponentin A. Ensin kolonnista tulee ulos korvattu komponentti A, jonka jälkeen tulee komponentti B. Kun myös komponentti C tekee läpimurron, tulee kolonnista ulos B:n ja C:n seos. Lopulta myös D-komponentti tekee läpimurron, jonka seurauksena ulos tulee kolmen komponentin seosta. Kun hartsin koko kapasiteetti on käytetty, tulee kolonnista ulos alkuperäistä syöttöliuosta. (Helfferich 1995) Kuva 4. Ulosvirtaavan nesteen konsentraatiohistoria rintamien analysoinnissa (Helfferich 1995). Eluoinnissa kolonniin, jonne on jo ajettu tutkittavaa liuosta, ajetaan liuosta, jonka johdosta kiinnittyneet komponentit liikkuvat kolonnissa. Komponenttien nopeus riippuu niiden selektiivisyysjärjestyksestä. Komponentti, jolle erotusmateriaali on selektiivisiin, tulee ulos kolonnista viimeisenä ja vastaavasti heikoimmin selektiivinen ensimmäisenä. Kuvassa 5 on esitetty ulosvirtaavan nesteen konsentraatiohistoria eluoinnissa. (Helfferich 1995) Kuva 5. Ulosvirtaavan nesteen konsentraatiohistoria eluoinnissa (Helfferich 1995). Syrjäyttämisessä kolonniin ajetaan tutkittavaa liuosta riittävä määrä, jonka jälkeen kolonnin läpi ajetaan syrjäyttävää komponenttia. Syrjäyttävä komponentti on erotusmateriaalin suhteen selektiivisempi kuin tutkittavan liuoksen komponentit. Täs-
14 10 tä syystä se syrjäyttää tutkittavan liuoksen komponentit, jonka johdosta ne taas syrjäyttävät toisensa selektiivisyysjärjestyksessä. Tästä syystä komponentit järjestäytyvät omiksi fraktioiksi. Komponentti, jolle erotusmateriaali on selektiivisin, tulee ulos kolonnista viimeisenä ja vastaavasti heikoimmin selektiivinen ensimmäisenä. Kuvassa 6 on esitetty ulosvirtaavan nesteen konsentraatiohistoria syrjäyttämisessä. (Helfferich 1995) Kuva 6. Ulosvirtaavan nesteen konsentraatiohistoria syrjäyttämisessä (Helfferich 1995). 6 Lämpötilan vaikutus erotuksessa Mihelicin et al. (2003) mukaan lämpötilan vaikutus ioninvaihtoon on monitahoinen ilmiö, sillä se voi vaikuttaa liuoksen ja adsorbentin fysikaalisiin, kemiallisiin ja sähkökemiallisiin ominaisuuksiin. Retention muutosta lämpötilan vaikutuksesta voidaan tutkia van Hoff in yhtälön (8) avulla. (Paull ja Bashir 2003, Jones ja Nesterenko 1997) (8) Jossa k nopeusvakio, L/(mol s) H entalpia, kj/mol R kaasuvakio, J/(mol K) T lämpötila, K S entropia, J/K faasisuhde, - Perinteisissä ioninvaihtoreaktioissa voidaan olettaa S vakioksi, jolloin yhtälö (8) voidaan yksinkertaistaa yhtälön (9) mukaiseksi. (9)
15 11 Yhtälön (9) avulla voidaan tehdä sovitus pisteille ln K ja 1/T, jolloin voidaan ratkaista H. Jos reaktio on eksoterminen ( H<0), kiinnittyminen hartsiin vähenee lämpötilan kasvaessa ja vastaavasti endotermiselle reaktiolle kiinnittyminen hartsiin kasvaa. Jones ja Nesterenko (1997) ovat kuitenkin esittäneet, ettei S välttämättä aina ole vakio johtuen kelaatin muodostumisesta. Kelaatin muodostuminen voi kasvattaa entropiaa, jonka johdosta Gibbsin vapaa energia pienenee. Gibbsin vapaan energian vähenemisen johdosta taas tasapainovakio kasvaa, joka johtaa retention kasvuun. (Paull ja Bashir 2003, Jones ja Nesterenko 1997) Agrawal et al. (2003) ovat tutkineet lämpötilan vaikutusta kelatoivan ioninvaihtohatsin (IRC-718) kinetiikkaan Cu 2+ Na + -ionivaihdossa. Kuvassa 7 on esitetty kuparin osittainen kiinnittyminen kelatoivaan ioninvaihtohartsiin eri lämpötiloissa. Kuvasta nähdään, että lämpötilan kasvaessa tasapaino saavutetaan nopeammin. Kuva 7. Kuparin kiinnittyminen kelatoivaan ioninvaihtohartsiin Amberlite IRC-718 (Agrawal et al. 2003). Zagorodni et al. (1997) ovat tutkineet lämpötilan vaikutusta kelatoivien ioninvaihtohartsien retentioon ja selektiivisyyteen Cu 2+ Zn 2+ -ioninvaihdossa. Hartsien funktionaalisena ryhmänä oli iminodietikkahappo (IRC-718) tai pyridiini-2- kardoksyylihappo (VPC-1). Kuvassa 8 on esitetty van Hoff in yhtälöön tehty sovitus, josta voidaan nähdä kiinnittymisen olevan endoterminen molemmilla hartseilla. Retentio siis kasvaa lämpötilan kasvaessa.
16 12 Kuva 8. Zagorodni et al. tekemä sovitus Van Hoff n yhtälöön (Zagorodni et al. 1997). Taulukkoon I on koottu Zagorodnin et al. (1997) tutkimien hartsien erotuskertoimet kuparin ja sinkin välillä eri lämpötiloissa. Iminodietikkahappo-hartsilla lämpötilan vaikutuksesta erotuskerroin kasvaa ensin, mutta lämpötilaa nostettaessa edelleen se palautuu lähes ennalleen. Pyridiini-2-karboksyylihappohartsin erotuskertoimen arvo taas kasvaa koko lämpötilavälillä, eli kuparia kiinnittyy hartsiin enemmän suhteessa sinkkiin lämpötilan kasvaessa. Taulukko I. Erotuskertoimien arvot kahdelle kelatoivalle ioninvaihtohartsille (Zagorodni et al. 1997). Lämpötila, C IRC-718 VPC aminometyylipyridiinin (AMP) ja kuparin sekä nikkelin muodostamien kompleksien muodostumisvakioiden on havaittu pienenevän lämpötilan kasvaessa. Taulukossa II on esitetty Goldbergin ja Ferneliuksen mittaamat muodostumisvakiot. (Goldberg ja Fernelius 1959)
17 13 Taulukko II. Lämpötilan vaikutus 2-(aminometyyli)pyridiinin ja Cu 2+ - ja Ni 2+ - ionien muodostamien kompleksien muodostumisvakioihin n = koordinaatioluku (Goldberg ja Fernelius 1959). Ioni n log K n 10 C 20 C 30 C 40 C Cu ,90 ± 0,12 9,64 ± 0,05 9,45 ± 0,08 9,17 ± 0,07 2 8,26 ± 0,02 7,98 ± 0,03 7,80 ± 0,04 7,58 ± 0,02 Ni ,49 ± 0,04 7,23 ± 0,02 7,09 ± 0,025 6,86 ± 0, ,56 ± 0,10 6,32 ± 0,025 6,08 ± 0,09 5,87 ± 0,12 3 5,31 ± 0,10 5,07 ± 0,04 4,95 ± 0,05 4,66 ± 0,025 Lämpötilalla voi olla vaikutusta myös reaktion stoikiometriaan, sillä se voi muuttaa syntyvän kompleksin koordinaatiolukua. Arjoranta ja Pinoniemi (2009) ovat tutkineet lämpötilan vaikutusta liukoisen AMP:n (CuWRAM:n funktionaalisen ryhmän) ja nikkelin sekä kuparin muodostamiin komplekseihin. Lämpötilan ei havaittu vaikuttavan ph:ssa 3,5 kompleksin koordinaatiolukuun sillä kaikissa mittauslämpötiloissa (25 C, 60 C, 90 C) muodostui AMP:n sekä nikkelin että kuparin välille kompleksi 1:1. Sen sijaan ph:n nosto viiteen muutti kompleksinmuodostumista siten että nikkeli kiinnittyi puoleentoista AMP:tä.
18 14 KOKEELLINEN OSA 7 Koejärjestelyt Kokeellinen osa koostuu erotusmateriaalilla panosreaktorissa tehdyistä kinetiikkakokeista rikkihapon kanssa sekä synteettisellä CuSO 4 -liuoksella ja autenttisella ZnSO 4 -liuoksella ajetuista kolonnikokeista. Kokeiden tarkoituksena oli tutkia lämpötilan vaikutusta kinetiikkaan sekä syntyviin läpäisykäyriin. 7.1 Erotusmateriaali ja kemikaalit Työssä käytettävän erotusmateriaalin CuWRAM:n pintakerroksen molekyylirakenne on esitetty kuvassa 9 ja sen sisältämän funktionaalisen ryhmän molekyylirakenne kuvassa 10. Kuten kuvista nähdään, erotusmateriaalilla on silakapolyamiinirunko, jossa funktionaalisena ryhmänä on 2-aminometyylipyridiini. Taulukossa III on esitetty CuWRAM:n fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia. CuW- RAM kestää lämpötilaa 110 C :een asti ja toimii ph-alueella 0,3 5. (Äikäs 2005, Sirola et al. 2008, Juopperi 2003, Purity Systems 2009) Kuva 9. CuWRAM:n rakenteen periaatekuva. Funktionaalisena ryhmänä on 2-aminometyylipyridiini (L) (Äikäs 2005). Kuva aminometyylipyridiinin rakennekaava (NIST 2010).
19 15 Taulukko III. CuWRAM:n ominaisuuksia (Sirola et al. 2008). Ominaisuus CuWRAM Keskimääräinen partikkelikoko, µm 229±51 Ominaispinta-ala, m 2 /g 122±2 BJH huokosen tilavuus, ml/g 0,39 Keskimääräinen huokosen koko, nm 10,6 Tiheys, g kuiva adsorbentti /ml paisunut adsorbentti 0,69 Partikkelin sisäinen huokoisuus, - 0,4 Typpipitoisuus, mmol/g 4,5 CuWRAM:n selektiivisyysjärjestys on Äikkään (2005) mukaan ph:ssa 3,5 ja huoneen lämpötilassa Cu>Ni>Cd>Co>Zn määritettynä Langmuirin adsorptioisotermin avulla. Kapasiteetit olivat kuparille 54 mg/g CuWram, nikkelille 44 mg/g CuWram, kadmiumille 36 mg/g CuWram, koboltille 27 mg/g CuWram ja sinkille 15 mg/g CuWram. Kuparin havaittiin sitoutuvan hartsiin voimakkaammin kuin muut metallit. Tässä työssä ionit kilpailevat yhtä aikaa samoista vapaista paikoista ja näiden vuorovaikutusten johdosta selektiivisyysjärjestys ja kapasiteetit saattavat poiketa Äikkään (2005) tuloksista. Työssä käytetyn autenttisen sinkkisulfaattiliuoksen sisältämien ionien konsentraatiot on esitetty taulukossa IV. Taulukkoon V on koottu kokeissa käytettyjen kemikaalien laadut ja valmistajat. Kaikki liuokset valmistettiin ionivaihdettuun veteen ja kolonnikokeissa käytetyistä liuoksista poistettiin ilma alipaineen avulla. Taulukko IV. Autenttisen sinkkisulfaattiliuoksen sisältämien ionien konsentraatiot. ioni Ca Cd Co Mg Mn Na Ni Pb Zn c, mg/l 136,5 224, ,1 4, Taulukko V. Työssä käytettyjen kemikaalien laadut ja valmistajat. Kemikaali Laatu Valmistaja Autenttinen ZnSO 4 -liuos Boliden Kokkola Na 2 SO 4 10 H 2 O pro analysis Sigma-Aldrich % H 2 SO 4 pro analysis Merck Kuparivapaa ZnSO 4 -liuos Boliden Kokkola CuSO 4 5 H 2 O pro analysis Riedel-de Haën CuWRAM Purity Systems Inc. 7.2 Hartsin esikäsittely Hartsin saamiseksi emäsmuotoon se esikäsiteltiin lasikolonnissa ajamalla kolonnin läpi 2 M rikkihappoa, kunnes ulostulevan liuoksen ph oli alle yksi. Tämän
20 16 jälkeen se pestiin yhdellä petitilavuudella ionivaihdettua vettä ja vaihdettiin emäsmuotoon 4 M ammoniakilla. Lopuksi hartsi vielä pestiin ionivaihdetulla vedellä ja sitä Soxhlett-uutettiin metanolilla kaksi vuorokautta. Metanoli vaihdettiin kerran Soxhlett-uuton aikana. Uuton jälkeen happo-emäskäsittely 2 M rikkihapolla ja 4 M ammoniakilla toistettiin lasikolonnissa kaksi kertaa. Happo-emäskäsittelyjen välillä hartsia huuhdeltiin yhdellä petitilavuudella ionivaihdettua vettä ja käsittelyn lopuksi sitä huuhdeltiin ionivaihdetulla vedellä yhden tunnin ajan. Hartsi seulottiin 125 m:n seulalla ja kuivattiin sen jälkeen yön yli 60 C:ssa vakuumiuunissa. Kinetiikkakokeissa käytetty hartsi jätettiin esikäsittelyssä emäsmuotoon ja kolonniajoissa happomuotoon. 7.3 Kinetiikkamittaukset CuWRAM:n ja rikkihapon välinen kinetiikka määritettiin neljässä eri rikkihappokonsentraatiossa (0,1mmol/L, 0,8 mmol/l, 4 mmol/l ja 10 mmol/l) kolmelle eri lämpötilalle (25 C, 60 C, 90 C). Kokeet suoritettiin termostoidussa panosreaktorissa, jossa oli lasisekoitin, jonka nopeus säädettiin lukemaan 800 rpm:n Kinematica RE16 mittarin avulla. ph-arvot tallennettiin TIM 856 Titration managerin avulla koko kokeen ajalta. Kokeiden suoritus oli seuraavanlainen; ensin 500 ml 0,667 M NaSO 4 annettiin termostoitua haluttuun lämpötilaan, jonka jälkeen lisättiin 0,5 M H 2 SO 4 neljässä erässä siten että saatiin haluttu rikkihappokonsentraatio aikaan. Lisäysten avulla suoritettiin sisäinen kalibrointi. Tämän jälkeen lisättiin noin 0,5 g kuivattua emäsmuotoista hartsia. Mittauksen annettiin jatkua niin kauan kunnes näyte oli tasapainossa. 7.4 Kolonniajot Kaikki läpäisykäyrät ajettiin samalla laitteistolla ja työn suoritustavat vastasivat toisiaan. Muuttuvat ajoparametrit on esitetty Taulukossa VI. Kolonni ja syöttöliuokset termostoitiin lämpötilaan (T l ) Memmert Modell 500 -uunissa. Kolonniin pakattiin 10,6270 g hartsia ja säätöliuoksen (l s ) avulla etsittiin säätöarvot pumpusta Masterflex L/S Computer Drive, joka tuotti halutun virtausnopeuden. Jos säätöliuos ei ollut ionivaihdettua vettä, ajettiin kolonnin läpi 10 petitilavuutta 5 M H 2 SO 4
21 17 ja tämän jälkeen 10 petitilavuutta ionivaihdettua vettä. Virtausnopeuden seuraamiseksi joka kymmenes koeputki mitattiin sekä tyhjänä että näytteen kanssa. Pumppu oli sijoitettu uunin ulkopuolelle samoin kuin näytteenkeräin Lincoln Nebraskan foxy. Itse läpäisykäyrän ajo sujui seuraavasti; latausliuosta (l l ) ajettiin kolonnin läpi virtausnopeudella (v l ) petitilavuus (BV). Näytteenkeräin keräsi kutakin näytettä ajan (t l ), jonka jälkeen uunin annettiin jäähtyä takaisin 25 C:een. Tämän jälkeen ajettiin ionivaihdettua vettä 10 petitilavuutta virtausnopeudella 4 ml/min, näytteenkeräimen kerätessä kutakin näytettä 2 min ajan. Ajoa jatkettiin ajamalla 5 M H 2 SO 4 10 petitilavuutta virtausnopeudella 4 ml/min, näytteenkeräimen kerätessä näytettä ajan t r. Lopuksi kolonnista ajettiin vielä ionivaihdettua vettä 10 petitilavuutta virtausnopeudella 4 ml/min ja kutakin näytettä kerättiin 2 min. Taulukko VI. Läpäisykäyrien ajoparametrit. T l, C l s l l v l, BV t l, min t r, min ml/min 25 10,2 mm Ionivaihdettu 4 124,5 2 2 CuSO 4 vesi 60 10,2 mm Ionivaihdettu CuSO 4 vesi 25 Autenttinen Autenttinen ZnSO 4 -liuos ZnSO 4 -liuos 60 Autenttinen Autenttinen 8 24,6 1 1 ZnSO 4 -liuos ZnSO 4 -liuos 90 Autenttinen Autenttinen 8 24,6 1 1 ZnSO 4 -liuos ZnSO 4 -liuos 25 Kuparivapaa ZnSO 4 -liuos Kuparivapaa ZnSO 4 -liuos Saaduista näytteistä mitattiin ph:t ph-meter CG840:lla. Kuparisulfaattiliuos ajojen kuparipitoisuudet määritettiin spektrofotometrilla Hewlett-Packard 8453 UV- VIS. Kalibrointiliuosten konsentraatiot olivat 10 mg/l, 20 mg/l, 50 mg/l, 100 mg/l, 300 mg/l, 600 mg/l ja 1000 mg/l. Absorbanssit otettiin ylös aallonpituuksilta 810 nm ja 660 nm, sen lisäksi tallennettiin näytteiden spektrit aallonpituusalueelta nm. Muiden ajojen metallipitoisuudet määritettiin plasma emissio spektroskoopilla Iris Intrepid II XDL ICP-AES.
22 18 8 Tulokset ja tulosten tarkastelu Tulokset jakaantuvat kahteen eri osioon kinetiikkamittausten ja kolonniajojen tuloksiin. Kinetiikkamittauksista määritettiin osittainen kiinnittyminen ajan suhteen. Kolonniajoista määritettiin sekä läpäisykäyrät että eluointipiikit, lisäksi eluointipiikeistä määritettiin hartsin kokonaiskapasiteetit. 8.1 Kinetiikan tulokset Kinetiikkamittauksista saaduista mittaustuloksista laskettiin osittainen kiinnittyminen yhtälön (10) avulla (Sirola et al. 2007). (10) jossa F a osittainen kiinnittyminen, - kiinnittynyt määrä hetkellä t, mol/g hartsi kiinnittynyt määrä hetkellä t=0, mol/g hartsi kiinnittynyt määrä tasapainossa, mol/g hartsi Kuvassa 11 on esitetty lämpötilan vaikutus hartsin kinetiikkaan rikkihappokonsentraation ollessa 0,8 mmol/l. Lämpötilan nosto 25 C:sta 60 C:een kasvattaa kinetiikan nopeutta, jolloin tasapaino saavutetaan noin 30 minuuttia nopeammin. Lämpötilan nostaminen edelleen 90 C:een ei nopeuta kinetiikkaa havaittavasti. Kuvaan 12 on koottu lämpötilassa 25 C tehdyt hartsin kinetiikat rikkihappokonsentraatioiden ollessa 0,8 mmol/l, 4 mmol/l ja 10 mmol/l. Rikkihappokonsentraation kasvaessa kinetiikka nopeutuu. Rikkihappokonsentraatiossa 0,8 mmol/l tasapaino saavutetaan 81 minuutissa, kun 4 mmol/l 45 minuuttia nopeammin ja 10 mmol/l 65 minuuttia nopeammin kuin 0,8 mmol/l.
23 19 1,0 0,8 0,6 F a, - 0,4 0,2 25 C 60 C 90 C 0, (10) lisäksi petitilavuuksien laskemisessa on huomioitu virtausnopeuden muutokt 0.5, min 0.5 Kuva 11. CuWRAM:n kinetiikka lämpötiloissa 25 C, 60 C ja 90 C rikkihappokonsentraation ollessa 0,8 mmol/l. 1,2 1,0 0,8 F a,- 0,6 0,4 0,2 0,8 mmol/l 4 mmol/l 10 mmol/l 0, t 0.5, min 0.5 Kuva 12. CuWRAM:n kinetiikka rikkihappokonsentraatioissa 0,8 mmol/l, 4 mmol/l ja 10 mmol/l lämpötilassa 25 C. 8.2 Kolonniajojen tulokset Yhtälössä (10) on esitetty petitilavuuden laskemiseen käytetty yhtälö. Yhtälön
24 20 set kokeen aikana. Laitteiston letkutilavuus oli 20,67 ml ja hartsipedin tilavuus 20 ml. (10) jossa BV petitilavuus, - t aika, min virtausnopeus, ml/min V 0 letkutilavuus, ml hartsipedin tilavuus, ml V peti Synteettisen CuSO 4 -liuoksen läpäisykäyrät ja eluointipiikit Kuvassa 13 on esitetty 10,2 mm CuSO 4 :lla tehtyjen kolonniajojen läpäisykäyrät virtausnopeudella 4 ml/min lämpötiloissa 25 C ja 60 C. Kuparisulfaattiliuos sisälsi myös 0,6667 M Na 2 SO 4. Lämpötilan nosto siirtää läpäisyn tapahtumakohtaa 23 BV:stä 31 BV:een, jos kyseistä kolonnia käytettäisiin kuparin talteenottoon, käsiteltävän liuoksen määrää voitaisiin kasvattaa lähes 35 %:lla. Hartsista syrjäytyvän rikkihapon määrä laskee läpäisyn aikana ja tämä havaitaan ph:n kasvuna. Kuvassa 14 on esitetty tehtyjen kuparisulfaattiliuos ajojen eluointipiikit, kupari saadaan eluoitua hartsista terävänä piikkinä käyttämällä 5 M H 2 SO Cu 60 C Cu 25 C ph 60 C ph 25 C 5,0 4,5 4,0 c Cu, mg/l ,5 3,0 2,5 ph 100 2,0 0 1, Petitilavuus, BV Kuva 13. Kuparisulfaattiliuoksen läpäisykäyrät virtausnopeudella 4 ml/min.
25 c Cu, mg/l C 60 C Petitilavuus, BV Kuva 14. Kuparisulfaattiliuos ajojen eluoinnit 5M H 2 SO 4 :llä 25 C:ssa Autenttisen ZnSO 4 -liuoksen läpäisykäyrät ja eluointipiikit Läpäisykäyriä arvioitaessa on otettava huomioon, että autenttisen ZnSO 4 -liuoksen viskositeetti oli korkea lämpötilassa 25 C. Viskositeetista johtuen virtausnopeus laski voimakkaasti kokeen aikana, kun letkun kiristys löystyi. Kuvaan 15 on koottu autenttisella ZnSO 4 -liuoksella määritetyt kuparin läpäisykäyrät. Läpäisyn tapahtumakohta siirtyy myöhemmäksi 5,4 BV:stä 11,4 BV:een nostettaessa lämpötilaa 25 C:sta 60 C:een. Nostettaessa lämpötilaa edelleen 90 C:een läpäisyn tapahtumakohta on 18,9 BV:ssä. Käsiteltävän liuoksen määrä olisi tällöin 3,5- kertainen verrattuna 25 C:ssa tehtävään erotukseen ja 1,6-kertainen verrattuna 60 C:ssa tehtävään erotukseen. Kuparisulfaattiliuoksella havaittu ph:n ja läpäisyn välinen yhteys ei ole yhtä selkeä autenttisella ZnSO 4 -liuoksella. Kuitenkin ph:n voidaan havaita kasvavan läpäisyn edetessä, mutta itse läpäisyn ajoittumista ei voi havaita ph:n avulla kaikissa suoritetuissa kolonnikokeissa.
26 22 c Cu, mg/l Cu 25 C Cu 60 C Cu 90 C ph 25 C ph 60 C ph 90 C ph Kuva Petitilavuus, BV Autenttisen ZnSO 4 -liuoksen kuparin läpäisykäyrät virtausnopeudella 8 ml/min. Kuvassa 16 on autenttisella ZnSO 4 -liuoksella määritetyt nikkelin läpäisykäyrät. Nikkelin läpäisykäyristä havaitaan, ettei lämpötilan nostolla ole merkittävää vaikutusta nikkelin läpäisyyn, vaan se on välitön kaikissa määritetyissä lämpötiloissa. Läpäisykäyrissä (60 C ja 90 C) nikkelin pitoisuus kasvaa hetkellisesti kuparin läpäisyn aikana ja tasaantuu sitten. Hartsi kykenee erottamaan osan ZnSO 4 - liuoksen nikkelistä, mutta kupari syrjäyttää sen jolloin ulostulevan nikkelin pitoisuus hetkellisesti kasvaa. Sama ilmiö voi tapahtua myös 25 C:ssa mutta sitä ei kyetä havaitsemaan johtuen nikkelipitoisuuden heittelehtimisestä. Kuvaan 17 on koottu autenttisella ZnSO 4 -liuoksella tehtyjen ajojen eluointipiikit. Metallit saadaan eluoitua hartsista terävinä piikkeinä 5 M H 2 SO 4 :lla, jotka ajoittuvat neljän ensimmäisen petitilavuuden ajalle.
27 c Ni, mg/l Petitilavuus, BV Ni 25 C Ni 60 C Ni 90 C Kuva 16. Autenttisen ZnSO 4 - liuoksen nikkelin läpäisykäyrät virtausnopeudella 8 ml/min c Cu, mg/l Cu 25 C Ni 25 C Zn 25 C Cu 60 C Ni 60 C Zn 60 C Cu 90 C Ni 90 C Zn 90 C czn, cni, mg/l Petitilavuus, BV Kuva 17. Autenttisella ZnSO 4 -liuoksella tehtyjen ajojen eluointipiikit. Kuvassa 18 on esitetty kuparia sisältämätön ZnSO 4 -liuoksen läpäisykäyrä 25 C:ssa ja siitä nähdään, ettei CuWRAM:n erotuskyky riitä nikkelin erottamiseen, vaikka kupari olisikin erotettu liuoksesta. Kuvassa 19 on esitetty kyseisen ajon eluointipiikki, josta nähdään erotusmateriaalin sitovan nikkeliä heikosti.
28 , ,8 c Ni, mg/l ,6 1,4 ph 4 2 Ni ph 1,2 Kuva , Petitilavuus, BV Kuparia sisältämättömän ZnSO 4 -liuoksen nikkelin läpäisykäyrä 25 C:ssa virtausnopeudella 4 ml/min Ni Zn 40 c Zn, mg/l cni, mg/l Petitilavuus, BV 0 Kuva 19. Kuparia sisältämättömän ZnSO 4 -liuoksen eluointi 5 M H 2 SO 4 :llä 25 C:ssa.
29 Eluointipiikeistä määritetyt kapasiteetit Taulukosta VII nähdään, että lämpötila vaikutti kokonaiskapasiteettiin autenttisella ZnSO 4 -liuoksella, mutta pysyi lähes samana synteettisellä CuSO 4 -liuoksella suoritetuissa ajoissa. Läpäisystä määritettyä kapasiteettia lämpötilan nosto kasvatti synteettisellä CuSO 4 -liuoksella että autenttisella ZnSO 4 -liuoksella suoritetuissa ajoissa. Taulukosta VIII voidaan havaita, että CuWRAM:n kapasiteetit nikkelille ja sinkille ovat hyvin vaatimattomat suoritetuissa ajoissa. Taulukko VII. Eluointipiikeistä määritetyt kokonaiskapasiteetit kuparille ja läpäisyn petitilavuus. Ajoliuos T, C Kokonaiskapasiteetti mequiv/g CuWram Synteettinen CuSO 4 -liuos Autenttinen ZnSO 4 -liuos Läpäisy, BV 25 0,68 23,4 60 0,61 31,4 25 0,69 5,4 60 1,65 11,4 90 1,27 18,9 Taulukko VIII. Eluointipiikeistä määritetyt kokonaiskapasiteetit nikkelille ja sinkille. Ajoliuos T, C Nikkeli, mequiv/g CuWram Sinkki, mequiv/g CuWram Autenttinen 25 0,37 0,25 ZnSO 4 -liuos 60 0,02 0,04 Kuparia sisältämätön ZnSO 4 -liuos 90 0,00 0, ,01 0,16 9 Yhteenveto ja johtopäätökset Työssä on tutkittu lämpötilan vaikutusta silikarunkoisella 2-aminometyylipyridiini funktionalisoidulla kelatoivalla adsorbentilla suoritettavaan kolonnierotukseen. Lämpötilan vaikutuksen tutkimiseksi suoritettiin rikkihapon ja CuWRAM:n välisiä kinetiikkakokeita sekä synteettisellä ja autenttisella sulfaattiliuoksella kolonniajoja lämpötiloissa 25 C, 60 C ja 90 C. Lämpötilan vaikutuksesta kelatoivan adsorbentin ja rikkihapon välinen tasapaino saavutettiin 60 C:ssa noin kolme kertaa nopeammin kuin 25 C:ssa. Lämpötilan nosto 90 C:een ei muuttanut kinetiikan nopeutta havaittavasti. Rikkihappokon-
30 26 sentraation kasvattamisen havaittiin nopeuttavan adsorbentin ja rikkihapon välistä kinetiikkaa merkittävästi mitatuilla konsentraatioilla. Kuparinläpäisykäyrien havaittiin jyrkentyvän lämpötilan noston seurauksena niin autenttisella kuin synteettisellä sulfaattiliuoksella. Tämän voidaan olettaa johtuvan kinetiikan nopeuden kasvun ja autenttisella sulfaattiliuoksella myös viskositeetin laskun vaikutuksesta. Kinetiikan nopeuden kasvu pitäisi tarkastaa vielä erillisillä erotusmateriaalin ja kuparin välisillä kinetiikkakokeilla. Lämpötilan vaikutuksesta hartsin kuparikapasiteetti ei muuttunut synteettisellä sulfaattiliuoksella, mutta autenttisella sulfaattiliuoksella se vaihteli. Tälläkin on oma vaikutuksensa kuparin läpäisykäyriin, mutta oletettavasti ei kovinkaan suuri, sillä kapasiteetti pieneni korkeammassa lämpötilassa ja kuitenkin läpäisyn tapahtumakohta siirtyi myöhemmäksi. Nikkelin läpäisykäyrään lämpötilan nostolla ei ollut havaittavaa muutosta, vaan se alkoi läpäistä kolonnia jo aivan alussa kaikissa lämpötiloissa. Kuparin myös havaittiin syrjäyttävän hartsiin kiinnittyvää nikkeliä. Hartsin kapasiteetti sinkille on hyvin vaatimaton. Tämä on erotuksen kannalta positiivinen asia, koska tuotetta ei poisteta liuoksesta. Erotusmateriaali ei kuitenkaan sovellu kuparin ja nikkelin samanaikaiseen erottamiseen tutkitusta ZnSO 4 -liuoksesta.
31 27 LÄHDELUETTELO Agrawal, A., Sahu, K.K. 2005, "Influence of Temperature on the Exchange of Alkaline Earth and Transition Metals on Iminodiacetate Resin", Solvent Extraction and Ion Exchange, vol. 23, no. 2, pp Agrawal, A., Sahu, K.K., Rawat, J.P. 2003, "Kinetic Studies on the Exchange of Bivalent Metal Ions on Amberlite IRC-718 An Iminodiacetate Resin", Solvent Extraction and Ion Exchange, vol. 21, no. 5, pp Arjoranta, R., Pinoniemi, S. 2009, Lämpötilan vaikutus nikkelin erottamiseen kelatoivilla adsorbenteilla, laboratoriotyö, Lappeenranta. Goldberg, D.E., Fernelius, W.C. 1959, "A thermodynamic study of some co.ovrddot.ordination complexes of metal ions with diprotic nitrogen compounds containing one heterocyclic nitrogen atom.", Journal of Physical Chemistry, vol. 63, pp Habashi, F. 1999, Textbook of hydrometallurgy, Quebec, Metallurgie Extractive Quebec. Helfferich, F. 1995, Ion exchange, 1st edn, McGraw-Hill, Canada. Ivanov, V.A., Gorshkov, V.I., Timofeevskaja, V.D., Drozdova, N.V. 1998, "Influence of temperature on ion-exchange equilibrium accompanied by complex formation in resins", Reactive and Functional Polymers, vol. 38, no. 2-3, pp Jones, P., Nesterenko, P.N. 1997, "High-performance chelation ion chromatography: A new dimension in the separation and determination of trace metals", Journal of Chromatography A, vol. 789, no. 1-2, pp Juopperi, P. 2003, Arvometallien selektiivinen erottaminen kloridiliuoksista, Lappeenranta, Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Leinonen, H. 1999, Removal of Harmful Metals from Metal Plating Waste Waters Using Selective Ion Exchangers, University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry. LeVan, M.D., Carta, G. 2008, "Adsorption and ion exchange" in Perry's chemical engineers' handbook., eds. R.H. Perry & D.W. Green, 8th edn, New York :, McGraw-Hill, pp Mihelic, I., Podgornik, A., Koloini, T. 2003, "Temperature influence on the dynamic binding capacity of a monolithic ion-exchange column", Journal of Chromatography A, vol. 987, no. 1-2, pp NIST, National Institute of Standards and Technology 2-Pyridinemethanamine, &Mask=0,
32 28 Outola, P., Leinonen, H., Ridell, M., Lehto., J. 2001, "Acid/base and metal uptake properties of chelating and weak base resins", Solvent Extraction and Ion Exchange, vol. 19, no. 4, pp Paull, B., Bashir, W. 2003, "Non-trivial temperature effects on the cation exchange chromatography and chelation ion chromatography of metal ions", Analyst, vol. 128, no. 4, pp Purity Systems Inc, CuWRAM, Sirola, K. 2003, Epäpuhtauksien poistaminen sinkkisulfaattiliuoksista käyttäen selektiivisiä ioninvaihtimia, Lappeenranta, Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Sirola, K., Laatikainen, M., Lahtinen, M., Paatero, E. 2008, "Removal of copper and nickel from concentrated ZnSO4 solutions with silica-supported chelating adsorbents", Separation and Purification Technology, vol. 64, no. 1, pp Sirola, K., Laatikainen, M., Paatero, E. 2007, "Binding of transition metals by soluble and silica-bound branched poly(ethyleneimine): Part II: Binding kinetics in silica-bound BPEI", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 296, no. 1-3, pp Zagorodni, A.A., Muiraviev, D.N., Muhammed, M. 1997, "The Separation of Zn and Cu Using Chelating Ion Exchangers and Temperature Variations", Separation Science and Technology, vol. 32, no. 1, pp Äikäs, L. 2005, Pyridyyliryhmän sisältävien erotusmateriaalien ominaisuudet ja soveltaminen hydrometallurgiassa, Lappeenranta, Lappeenrannan teknillinen yliopisto.
2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.
HEM-A0 Kemiallinen reaktio Kevät 07 Laskuharjoitus 7.. Metalli-ioni M + muodostaa ligandin L - kanssa : kompleksin ML +, jonka pysyvyysvakio on K ML + =,00. 0 3. Mitkä ovat kompleksitasapainon vapaan metalli-ionin
LisätiedotTasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä
REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä Fritz Haber huomasi ammoniakkisynteesiä kehitellessään, että olosuhteet vaikuttavat ammoniakin määrään tasapainoseoksessa. Hän huomasi,
LisätiedotNikkelin, koboltin, lyijyn ja sinkin selektiivinen erottaminen ioninleimaustekniikalla syntetisoiduilla kelatoivilla erotusmateriaaleilla
LAPPEENRANTA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Kemiantekniikan osasto Kemian laboratorio BJ1A11 Kandidaatintyö ja seminaari Nikkelin, koboltin, lyijyn ja sinkin selektiivinen erottaminen ioninleimaustekniikalla
Lisätiedotb) Laske prosentteina, paljonko sydämen keskimääräinen teho muuttuu suhteessa tilanteeseen ennen saunomista. Käytä laskussa SI-yksiköitä.
Lääketieteellisten alojen valintakokeen 009 esimerkkitehtäviä Tehtävä 4 8 pistettä Aineistossa mainitussa tutkimuksessa mukana olleilla suomalaisilla aikuisilla sydämen keskimääräinen minuuttitilavuus
LisätiedotMETALLIEN ELUOINTI KELATOIVASTA IONINVAIHTIMESTA
LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO LUT Kemia Teknillisen kemian laboratorio BJ10A0101 Kandidaatintyö ja seminaari METALLIEN ELUOINTI KELATOIVASTA IONINVAIHTIMESTA Henna Niskakoski op.nro 0357264 pvm.
LisätiedotL7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle
CHEM-C2230 Pintakemia L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle Monika Österberg Barnes&Gentle, 2005, luku 8 Aikaisemmin käsitellyt Adsorptio kiinteälle pinnalle nesteessä Adsorptio nestepinnalle 1
LisätiedotROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)
ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1) Johdanto Kupari on metalli, jota käytetään esimerkiksi sähköjohtojen, tietokoneiden ja putkiston valmistamisessa. Korkean kysynnän vuoksi kupari on melko kallista. Kuparipitoisen
LisätiedotL7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle
CHEM-C2230 Pintakemia L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle Monika Österberg Barnes&Gentle, 2005, luku 8 Aikaisemmin käsitellyt Adsorptio kiinteälle pinnalle nesteessä Adsorptio nestepinnalle Oppimistavoitteet
LisätiedotTehtävä 1. Tasapainokonversion laskenta Χ r G-arvojen avulla Alkyloitaessa bentseeniä propeenilla syntyy kumeenia (isopropyylibentseeniä):
CHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit Laskuharjoitus 10/017 Lisätietoja s-postilla reetta.karinen@aalto.fi tai tiia.viinikainen@aalto.fi vastaanotto huoneessa E409 Kemiallinen tasapaino Tehtävä 1. Tasapainokonversion
LisätiedotLuento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250
Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250 Kemiallinen tasapaino Kaksisuuntainen reaktio Eteenpäin menevän reaktion reaktionopeus = käänteisen reaktion reaktionopeus Näennäisesti muuttumaton lopputilanne=>
Lisätiedot= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]
766328A Termofysiikka Harjoitus no. 7, ratkaisut (syyslukukausi 2014) 1. Sylinteri on ympäristössä, jonka paine on P 0 ja lämpötila T 0. Sylinterin sisällä on n moolia ideaalikaasua ja sen tilavuutta kasvatetaan
LisätiedotEksimeerin muodostuminen
Fysikaalisen kemian Syventävät-laboratoriotyöt Eksimeerin muodostuminen 02-2010 Työn suoritus Valmista pyreenistä C 16 H 10 (molekyylimassa M = 202,25 g/mol) 1*10-2 M liuos metyylisykloheksaaniin.
LisätiedotLuku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino
Luku 2 Kemiallisen reaktion tasapaino 1 2 Keskeisiä käsitteitä 3 Tasapainotilan syntyminen, etenevä reaktio 4 Tasapainotilan syntyminen 5 Tasapainotilan syntyminen, palautuva reaktio 6 Kemiallisen tasapainotilan
LisätiedotKemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe
Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe 1.4.017 Tee kuusi tehtävää. 1. Tämä tehtävä koostuu kuudesta monivalintaosiosta, joista jokaiseen on yksi oikea vastausvaihtoehto. Kirjaa vastaukseksi numero-kirjainyhdistelmä
LisätiedotSUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA
sivu 1/6 KOHDERYHMÄ: Työ on suunniteltu lukion kurssille KE4, jolla käsitellään teollisuuden tärkeitä raaka-aineita sekä hapetus-pelkitysreaktioita. Työtä voidaan käyttää myös yläkoululaisille, kunhan
LisätiedotKEHÄVALU OY Mattilanmäki 24 TAMPERE
PENTTI PAUKKONEN VALUHIEKAN HAITTA-AINETUTKIMUS KEHÄVALU OY Mattilanmäki 24 TAMPERE Työ nro 82102448 23.10.2002 VALUHIEKAN HAITTA-AINETUTKIMUS Kehävalu Oy 1 SISÄLLYS 1. JOHDANTO 2 2. TUTKIMUSKOHDE 2 2.1
Lisätiedot1 Tehtävät. 2 Teoria. rauta(ii)ioneiksi ja rauta(ii)ionien hapettaminen kaliumpermanganaattiliuoksella.
1 Tehtävät Edellisellä työkerralla oli valmistettu rauta(ii)oksalaattia epäorgaanisen synteesin avulla. Tätä sakkaa tarkasteltiin seuraavalla kerralla. Tällä työ kerralla ensin valmistettiin kaliumpermanganaatti-
LisätiedotJÄTTEET HARVINAISTEN LUONNONVAROJEN LÄHTEENÄ
JÄTTEET HARVINAISTEN LUONNONVAROJEN LÄHTEENÄ Ari Väisänen 8.5.2019 Sisältö Kriittisten materiaalien tuotanto Potentiaalisia raaka-ainelähteitä Raaka-aineiden talteenotto lietteestä 3D tulostetut metallisiepparit
Lisätiedot17VV VV 01021
Pvm: 4.5.2017 1/5 Boliden Kevitsa Mining Oy Kevitsantie 730 99670 PETKULA Tutkimuksen nimi: Kevitsan vesistötarkkailu 2017, huhtikuu Näytteenottopvm: 4.4.2017 Näyte saapui: 6.4.2017 Näytteenottaja: Mika
Lisätiedot17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L
1/5 Boliden Kevitsa Mining Oy Kevitsantie 730 99670 PETKULA Tutkimuksen nimi: Kevitsan vesistötarkkailu 2017, elokuu Näytteenottopvm: 22.8.2017 Näyte saapui: 23.8.2017 Näytteenottaja: Eerikki Tervo Analysointi
LisätiedotCHEM-C2230 Pintakemia. Työ 2: Etikkahapon adsorptio aktiivihiileen. Työohje
CHEM-C2230 Pintakemia Tö 2: Etikkahapon orptio aktiivihiileen Töohje 1 Johdanto Kaasun ja kiinteän aineen rajapinnalla tapahtuu leensä kaasun orptiota. Mös liuoksissa tapahtuu usein liuenneen aineen orptiota
LisätiedotSiirtymämetallien erityisominaisuuksia
Siirtymämetallien erityisominaisuuksia MATERIAALIT JA TEKNOLOGIA, KE4 Sivuryhmien metallien kemiaa: Jaksojen (vaakarivit) 4 ja 5 sivuryhmien metalleista käytetään myös nimitystä d-lohkon alkuaineet, koska
LisätiedotMAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)
MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1) Johdanto Maito on tärkeä eläinproteiinin lähde monille ihmisille. Maidon laatu ja sen sisältämät proteiinit riippuvat useista tekijöistä ja esimerkiksi meijereiden
LisätiedotASPIRIININ MÄÄRÄN MITTAUS VALOKUVAAMALLA
ASPIRIININ MÄÄRÄN MITTAUS VALOKUVAAMALLA Jaakko Lohenoja 2009 Johdanto Asetyylisalisyylihapon määrä voidaan mitata spektrofotometrisesti hydrolysoimalla asetyylisalisyylihappo salisyylihapoksi ja muodostamalla
LisätiedotSUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA
SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA Työskentelet metallinkierrätyslaitoksella. Asiakas tuo kierrätyslaitokselle 1200 kilogramman erän kellertävää metallimateriaalia, joka on löytynyt purettavasta
LisätiedotTulosten analysointi. Liite 1. Ympäristöministeriö - Ravinteiden kierrätyksen edistämistä ja Saaristomeren tilan parantamista koskeva ohjelma
Liite 1 Ympäristöministeriö - Ravinteiden kierrätyksen edistämistä ja Saaristomeren tilan parantamista koskeva ohjelma Tulosten analysointi Liite loppuraporttiin Jani Isokääntä 9.4.2015 Sisällys 1.Tutkimustulosten
LisätiedotHSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2
HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2 Metanolisynteesin bruttoreaktio on CO 2H CH OH (3) 2 3 Laske metanolin tasapainopitoisuus mooliprosentteina 350 C:ssa ja 350 barin paineessa, kun lähtöaineena
LisätiedotTeollisuusveden ja kaupungin huleveden käsittely bio- ja mineraalisorbenteilla laboratoriomittakaavan tutkimus
Teollisuusveden ja kaupungin huleveden käsittely bio- ja mineraalisorbenteilla laboratoriomittakaavan tutkimus Tiina Leiviskä HuJa-projektin loppuseminaari, Oulun yliopisto Miksi luonnonmateriaaleja vedenpuhdistukseen?
LisätiedotLukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento 2 2015
Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia Leena Piiroinen Luento 2 2015 Reaktioyhtälöön liittyviä laskuja 1. Reaktioyhtälön kertoimet ja tuotteiden määrä 2. Lähtöaineiden riittävyys 3. Reaktiosarjat 4. Seoslaskut
LisätiedotVinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1
Vinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1 Konteksti palautetaan oppilaiden mieliin käymällä Osan 1 johdanto uudelleen läpi. Kysymysten 1 ja 2 tarkoituksena on arvioida ovatko oppilaat ymmärtäneet
LisätiedotKEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET
BILÄÄKETIETEEN enkilötunnus: - KULUTUSJELMA Sukunimi: 20.5.2015 Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA Kuulustelu klo 9.00-13.00 YVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET Tehtävämonisteen tehtäviin vastataan erilliselle vastausmonisteelle.
LisätiedotLÄÄKETEHTAAN UUMENISSA
LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA KOHDERYHMÄ: Soveltuu lukion KE1- ja KE3-kurssille. KESTO: n. 1h MOTIVAATIO: Työskentelet lääketehtaan laadunvalvontalaboratoriossa. Tuotantolinjalta on juuri valmistunut erä aspiriinivalmistetta.
LisätiedotNIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni
Peruskoulun kemian valtakunnallinen koe 2010-2011 NIMI: Luokka: 1. Ympyröi oikea vaihtoehto. a) Ruokasuolan kemiallinen kaava on i) CaOH ii) NaCl iii) KCl b) Natriumhydroksidi on i) emäksinen aine, jonka
LisätiedotSUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA
SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA KOHDERYHMÄ: Työ on suunniteltu lukion kurssille KE4, jolla käsitellään teollisuuden tärkeitä raaka-aineita sekä hapetus-pelkitysreaktioita. Työtä voidaan käyttää
LisätiedotTermodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:
Lämpötila (Celsius) Luento 9: Termodynaamisten tasapainojen graafinen esittäminen, osa 1 Tiistai 17.10. klo 8-10 Termodynaamiset tasapainopiirrokset Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään
LisätiedotFINAS-akkreditoitu testauslaboratorio T 025. SELVITYS ENDOMINES OY:n SIVUKIVINÄYTTEIDEN LIUKOISUUDESTA
FINAS-akkreditoitu testauslaboratorio T 0 SELVITYS ENDOMINES OY:n SIVUKIVINÄYTTEIDEN LIUKOISUUDESTA LABTIUM OY Endomines Oy Selvitys sivukivinäytteiden liukoisuudesta Tilaaja: Endomines Oy Juha Reinikainen
LisätiedotLuku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph
Luku 3 Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph 1 MIKÄ ALKUAINE? Se ei ole metalli, kuten alkalimetallit, se ei ole jalokaasu, vaikka onkin kaasu. Kevein, väritön, mauton, hajuton, maailmankaikkeuden yleisin
LisätiedotAKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT
AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT H.Honkanen Kemiallisessa sähköparissa ( = paristossa ) ylempänä oleva, eli negatiivisempi, metalli syöpyy liuokseen. Akussa ei elektrodi syövy pois, vaan esimerkiksi lyijyakkua
LisätiedotArvometallien liuospuhdistus jatkuvatoimisella ioninvaihdolla
1 LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Kemiantekniikan osasto Teknillisen kemian laboratorio Kandidaatintyö Arvometallien liuospuhdistus jatkuvatoimisella ioninvaihdolla Tekijä: Marisa Mäntylä 0357251 1.1.2013
LisätiedotAmmoniumsulfaatin tuotanto nikkelin valmistuksen yhteydessä
Ammoniumsulfaatin tuotanto nikkelin valmistuksen yhteydessä Nornickel Harjavallan yleisesittely Nornickel Harjavallan valmistusprosessi ja tuotteet Nikkelikiven liuotus laimeaan rikkihappoon Koboltin uutto
LisätiedotTeddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011
Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011 1. Systeemin käyttäytymistä faasirajalla kuvaa Clapeyronin yhtälönä tunnettu keskeinen relaatio dt = S m. (1 V m Koska faasitasapainossa reaktion Gibbsin
Lisätiedotvetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE-54020 Risto Mikkonen
DEE-5400 olttokennot ja vetyteknologia olttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE-5400 Risto Mikkonen 1.1.014 g:n määrittäminen olttokennon toiminta perustuu Gibbsin vapaan energian muutokseen. ( G = TS) Ideaalitapauksessa
LisätiedotLasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.
Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta 2015 Insinöörivalinnan kemian koe 27.5.2015 MALLIRATKAISUT JA PISTEET Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei
LisätiedotKEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt
KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt Jakaantumislaki 1 Teoriaa 1.1 Jakaantumiskerroin ja assosioituminen Kaksi toisiinsa sekoittumatonta nestettä ovat rajapintansa välityksellä kosketuksissa
LisätiedotKaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari
KaiHali & DROMINÄ hankkeiden loppuseminaari Kaivosvesien muuttamien vesistöjen aktiiviset puhdistusmenetelmät Esther Takaluoma / Kimmo Kemppainen, KAMK 04.12.2018 Aktiiviset puhdistusmenetelmät 1. Luontainen
LisätiedotMetallien ympäristölaatunormit ja biosaatavuus. Matti Leppänen SYKE,
Metallien ympäristölaatunormit ja biosaatavuus Matti Leppänen SYKE, 20.11.2018 Uudet ympäristölaatunormit direktiivissä ja asetuksessa Muutos Ni ja Pb AA-EQS Biosaatavuus Miksi mukana? Vedenlaatu vaihtelee
LisätiedotCHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit. Laskuharjoitus 9/2016. Energiataseet
CHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit Laskuharjoitus 9/2016 Lisätietoja s-postilla reetta.karinen@aalto.fi tai tiia.viinikainen@aalto.fi vastaanotto huoneessa D406 Energiataseet Tehtävä 1. Adiabaattisen virtausreaktorin
LisätiedotMetallipitoisten vesien puhdistaminen luonnonmateriaaleilla
Metallipitoisten vesien puhdistaminen luonnonmateriaaleilla Tiina Leiviskä Kemiallinen prosessitekniikka, Miksi luonnonmateriaaleja vedenpuhdistukseen? Hyvin saatavilla, edullisia/ilmaisia, biomateriaalit
LisätiedotAinemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin
REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin Mitä on kemia? Kemia on reaktioyhtälöitä, ja niiden tulkitsemista. Ollaan havaittu, että reaktioyhtälöt kertovat kemiallisen
Lisätiedot1. Malmista metalliksi
1. Malmista metalliksi Metallit esiintyvät maaperässä yhdisteinä, mineraaleina Malmiksi sanotaan kiviainesta, joka sisältää jotakin hyödyllistä metallia niin paljon, että sen erottaminen on taloudellisesti
LisätiedotJÄTEHUOLLON ERIKOISTYÖ
Jari-Jussi Syrjä 1200715 JÄTEHUOLLON ERIKOISTYÖ Typpioksiduulin mittaus GASMET-monikaasuanalysaattorilla Tekniikka ja Liikenne 2013 1. Johdanto Erikoistyön tavoitteena selvittää Vaasan ammattikorkeakoulun
LisätiedotKULJETUSSUUREET Kuljetussuureilla tai -ominaisuuksilla tarkoitetaan kaasumaisen, nestemäisen tai kiinteän väliaineen kykyä siirtää ainetta, energiaa, tai jotain muuta fysikaalista ominaisuutta paikasta
LisätiedotTavoite. Projektissa tutkitaan ja prosessoidaan mineraalivarantoja ja teollisuuden sekä voimalaitosten yhteydessä syntyviä sivuvirtoja ja poisteita.
GEOMATERIALS Tavoite Projektin tavoitteena on tutkia ja kehittää geopolymeeritekniikkaan pohjautuvia uusia tuotteita ja luoda näin uusia korkean teknologian liiketoimintamahdollisuuksia. Projektissa tutkitaan
LisätiedotREAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos
ympäristö ympäristö 15.12.2016 REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos Kaikilla aineilla (atomeilla, molekyyleillä) on asema- eli potentiaalienergiaa ja liike- eli
LisätiedotENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!
ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA! Luento 14.9.2015 / T. Paloposki / v. 03 Tämän päivän ohjelma: Aineen tilan kuvaaminen pt-piirroksella ja muilla piirroksilla, faasimuutokset Käsitteitä
LisätiedotLukion kemiakilpailu
MAL ry Lukion kemiakilpailu/avoinsarja Nimi: Lukion kemiakilpailu 11.11.010 Avoin sarja Kaikkiin tehtäviin vastataan. Aikaa on 100 minuuttia. Sallitut apuvälineet ovat laskin ja taulukot. Tehtävät suoritetaan
LisätiedotPHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA
PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA Kevät 2016 Emppu Salonen Lasse Laurson Arttu Lehtinen Toni Mäkelä Luento 8: Kemiallinen potentiaali, suurkanoninen ensemble Pe 18.3.2016 1 AIHEET 1. Kanoninen
LisätiedotReaktiosarjat
Reaktiosarjat Usein haluttua tuotetta ei saada syntymään yhden kemiallisen reaktion lopputuotteena, vaan monen peräkkäisten reaktioiden kautta Tällöin edellisen reaktion lopputuote on seuraavan lähtöaine
LisätiedotUusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.
Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä BioCO 2 -projektin loppuseminaari - 30. elokuuta 2018, Jyväskylä Kristian Melin Esityksen sisältö Haasteet CO 2 erotuksessa Mitä uutta ejektorimenetelmässä
LisätiedotKuusakoski Oy:n rengasrouheen kaatopaikkakelpoisuus.
Kuusakoski Oy:n rengasrouheen kaatopaikkakelpoisuus. 2012 Envitop Oy Riihitie 5, 90240 Oulu Tel: 08375046 etunimi.sukunimi@envitop.com www.envitop.com 2/5 KUUSAKOSKI OY Janne Huovinen Oulu 1 Tausta Valtioneuvoston
LisätiedotAikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa
Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa TkT Marja Niemi Tampereen teknillinen yliopisto Kemian ja biotekniikan laitos 23.4.2012 Suomalainen Tiedeakatemia, Nuorten klubi DI 2002, TTKK Materiaalitekniikan
LisätiedotKaivosten Ympäristöhaitat Vesistöille and Niiden Teknologiset Ratkaisut. Professori Simo O. Pehkonen Ympäristötieteiden Laitos UEF (Kuopio)
Kaivosten Ympäristöhaitat Vesistöille and Niiden Teknologiset Ratkaisut Professori Simo O. Pehkonen Ympäristötieteiden Laitos UEF (Kuopio) Taustaa Taustaa Elohopea Riski Talvivaaran pohjavesituloksia,
LisätiedotTärkeitä tasapainopisteitä
Tietoa tehtävistä Tasapainopiirrokseen liittyviä käsitteitä Tehtävä 1 rajojen piirtäminen Tehtävä 2 muunnos atomi- ja painoprosenttien välillä Tehtävä 3 faasien koostumus ja määrät Tehtävä 4 eutektinen
LisätiedotSähkökemian perusteita, osa 1
Sähkökemian perusteita, osa 1 Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2015 Teema 4 - Luento 1 Teema 4: Suoritustapana oppimispäiväkirja Tehdään yksin tai pareittain Tehtävät/ohjeet löytyvät kurssin
LisätiedotCHEM-C2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 8 L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle
CHEM-C2230 Pintakemia Barnes & Gentle: luku 8 L7 Kaasun adsorptio kiinteän aineen pinnalle Prof. Monika Österberg Aikaisemmin käsitellyt Adsorptio kiinteälle pinnalle nesteessä Adsorptio nestepinnalle
LisätiedotTehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.
Helsingin yliopiston kemian valintakoe 10.5.2019 Vastaukset ja selitykset Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta. Reaktio
LisätiedotOhjeita opettajille ja odotetut tulokset
Ohjeita opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1 Aktiviteetti alkaa toimintaan johdattelulla. Tarkoituksena on luoda konteksti oppilaiden tutkimukselle ja tutkimusta ohjaavalle kysymykselle (Boldattuna
LisätiedotSpektrofotometria ja spektroskopia
11 KÄYTÄNNÖN ESIMERKKEJÄ INSTRUMENTTIANALYTIIKASTA Lisätehtävät Spektrofotometria ja spektroskopia Esimerkki 1. Mikä on transmittanssi T ja transmittanssiprosentti %T, kun absorbanssi A on 0, 1 ja 2. josta
Lisätiedot= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa
766328A Termofysiikka Harjoitus no. 8, ratkaisut syyslukukausi 2014 1. 1 kg nestemäistä vettä muuttuu höyryksi lämpötilassa T 100 373,15 K ja paineessa P 1 atm 101325 Pa. Veden tiheys ρ 958 kg/m 3 ja moolimassa
Lisätiedotjoka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla
REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Happo-emästitraukset Määritelmä, titraus: Titraus on menetelmä, jossa tutkittavan liuoksen sisältämä ainemäärä määritetään lisäämällä siihen tarkkaan mitattu tilavuus titrausliuosta,
LisätiedotKemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I
Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I Juha Ahola juha.ahola@oulu.fi Kemiallinen prosessitekniikka Sellaisten kokonaisprosessien suunnittelu, joissa kemiallinen reaktio
LisätiedotSeminar 24.1.2014. Wet chemistry alliance Synthetic chemistry
*not as active students 24.1.2014 Kaivosvesiasioiden verkostoitumistilaisuus UEF Farmasia Wet Chemistry Alliance Seminar 24.1.2014 Wet chemistry alliance Synthetic chemistry Prof. J. Vepsäläinen (UEF)
LisätiedotVeden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5
REAKTIOT JA Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5 Kun hapot ja emäkset protolysoituvat, vesiliuokseen muodostuu joko oksoniumioneja tai hydroksidi-ioneja. Määritelmä: Oksoniumionit H 3 O + aiheuttavat
LisätiedotKäytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.
1.2 Elektronin energia Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin. -elektronit voivat olla vain tietyillä energioilla (pääkvanttiluku n = 1, 2, 3,...) -mitä kauempana
LisätiedotLuku 8. Reaktiokinetiikka
Luku 8 Reaktiokinetiikka 234 8.1 Reaktion nopeus Reaktiokinetiikka tarkastelee reaktioiden nopeuksia (vrt. termodynamiikka) reaktionopeus = konsentraation muutos aikayksikössä Tarkastellaan yksinkertaista
LisätiedotKemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö
Kemia 3 op Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut Kurssin sisältö 1. Peruskäsitteet ja atomin rakenne 2. Jaksollinen järjestelmä,oktettisääntö 3. Yhdisteiden nimeäminen 4. Sidostyypit 5. Kemiallinen
LisätiedotDiplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta Insinöörivalinnan kemian koe MALLIRATKAISUT
Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta 2015 Insinöörivalinnan kemian koe 27.5.2015 MALLIRATKAISUT 1 a) Vaihtoehto B on oikein. Elektronit sijoittuvat atomiorbitaaleille kasvavan
Lisätiedot5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät
LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät Esimerkki 1. a) 100 ml:ssa suolaista merivettä on keskimäärin 2,7 g NaCl:a. Mikä on meriveden NaCl-pitoisuus ilmoitettuna molaarisuutena? b) Suolaisen meriveden MgCl 2 -pitoisuus
LisätiedotKertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10
Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko 25.10 klo 8-10 Jokaisesta oikein ratkaistusta tehtävästä voi saada yhden lisäpisteen. Tehtävä, joilla voi korottaa kotitehtävän
Lisätiedot782630S Pintakemia I, 3 op
782630S Pintakemia I, 3 op Ulla Lassi Puh. 0400-294090 Sposti: ulla.lassi@oulu.fi Tavattavissa: KE335 (ma ja ke ennen luentoja; Kokkolassa huone 444 ti, to ja pe) Prof. Ulla Lassi Opintojakson toteutus
LisätiedotTKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe 31.5.2006
TKK, TTY, LTY, Y, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe 1.5.006 1. Uraanimetallin valmistus puhdistetusta uraanidioksidimalmista koostuu seuraavista reaktiovaiheista: (1) U (s)
Lisätiedota) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen
1. a) Puhdas aine ja seos Puhdas aine on joko alkuaine tai kemiallinen yhdiste, esim. O2, H2O. Useimmat aineet, joiden kanssa olemme tekemisissä, ovat seoksia. Mm. vesijohtovesi on liuos, ilma taas kaasuseos
LisätiedotT F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3
76628A Termofysiikka Harjoitus no. 1, ratkaisut (syyslukukausi 2014) 1. Muunnokset Fahrenheit- (T F ), Celsius- (T C ) ja Kelvin-asteikkojen (T K ) välillä: T F = 2 + 9 5 T C T C = 5 9 (T F 2) T K = 27,15
Lisätiedotlaimeasta typpihaposta TUTKIMUSRAPORTTI Kirjoittajat 152 Eu- ja 241 Am-erotus metalliantimonaateilla
TUTKIMUSRAPORTTI NRO VTT-R-1776-1 15.4.21 152 Eu- ja 241 Am-erotus metalliantimonaateilla laimeasta typpihaposta Kirjoittajat Luottamuksellisuus Airi Paajanen ja Risto Harjula, Helsingin yliopisto. kemian
LisätiedotOsio 1. Laskutehtävät
Osio 1. Laskutehtävät Nämä palautetaan osion1 palautuslaatikkoon. Aihe 1 Alkuaineiden suhteelliset osuudet yhdisteessä Tehtävä 1 (Alkuaineiden suhteelliset osuudet yhdisteessä) Tarvitset tehtävään atomipainotaulukkoa,
LisätiedotAineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti
Aineopintojen laboratoriotyöt 1 Veden ominaislämpökapasiteetti Aki Kutvonen Op.nmr 013185860 assistentti: Marko Peura työ tehty 19.9.008 palautettu 6.10.008 Sisällysluettelo Tiivistelmä...3 Johdanto...3
LisätiedotYmpäristölupahakemuksen täydennys
Ympäristölupahakemuksen täydennys Täydennyspyyntö 28.9.2012 19.10.2012 Talvivaara Sotkamo Oy Talvivaarantie 66 88120 Tuhkakylä Finland 2012-10-19 2 / 6 Ympäristölupahakemuksen täydennys Pohjois-Suomen
Lisätiedot1. (*) Luku 90 voidaan kirjoittaa peräkkäisen luonnollisen luvun avulla esimerkiksi
Matematiikan pulmasivu Koonnut Martti Heinonen martti.heinonen@luukku.com Vaikeustaso on merkitty tähdillä: yhden tähden (*) tehtävä on helpoin ja kolmen (***) haastavin. 1. (*) Luku 90 voidaan kirjoittaa
LisätiedotKEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI
VESI KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Johdantoa: Vesi on elämälle välttämätöntä. Se on hyvä liuotin, energian ja aineiden siirtäjä, lämmönsäätelijä ja se muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä poikkeuksellisen
LisätiedotMIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI
sivu 1/5 MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI Kohderyhmä: Kesto: Tavoitteet: Toteutus: Peruskoulu / lukio 15 min. Työn tavoitteena on havainnollistaa
LisätiedotKoesuunnitelma kullan talteenottolle vesiliuoksista ioninvaihto materiaaleilla
LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA LUT KEMIA Kandidaatintyö Koesuunnitelma kullan talteenottolle vesiliuoksista ioninvaihto materiaaleilla Työn tarkastaja Tutkijaopettaja Arto Laari
LisätiedotAlikuoret eli orbitaalit
Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä Alkuaineen kemialliset ominaisuudet määräytyvät sen ulkokuoren elektronirakenteesta. Seuraus: Samanlaisen ulkokuorirakenteen omaavat alkuaineen ovat kemiallisesti sukulaisia
LisätiedotLiitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM
Liitetaulukko 1/11 Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet NÄYTE KOTIMAINEN MB-JÄTE
LisätiedotÍ%SC{ÂÂ!5eCÎ. Korvaa* Kevitsan vesistötarkkailu, PERUS, marraskuu 2018
Boliden Kevitsa Mining Oy Anniina Salonen Kevitsantie 730 99670 PETKULA s-posti: anniina.salonen@boliden.com AR-18-RZ-008423-02 Tutkimusnro EUAA56-00006080 Asiakasnro RZ0000092 Näytteenottaja Timo Putkonen
LisätiedotNormaalipotentiaalit
Normaalipotentiaalit MATERIAALIT JA TEKNOLOGIA, KE4 Yksittäisen elektrodin aiheuttaman jännitteen mittaaminen ei onnistu. Jännitemittareilla voidaan havaita ja mitata vain kahden elektrodin välinen potentiaaliero
Lisätiedotja piirrä sitä vastaavat kaksi käyrää ja tarkista ratkaisusi kuvastasi.
Harjoituksia yhtälöryhmistä ja matriiseista 1. Ratkaise yhtälöpari (F 1 ja F 2 ovat tuntemattomia) cos( ) F 1 + cos( ) F 2 = 0 sin( ) F 1 + sin( ) F 2 = -1730, kun = -50 ja = -145. 2. Ratkaise yhtälöpari
LisätiedotHarjavallan sulaton raskasmetallipäästöt
Mg vuodessa 25 2 15 Harjavallan sulaton raskasmetallipäästöt Cu Ni Zn Pb 1 5 1985 1988 1991 1994 1997 2 23 Outokumpu Oy Keskimääräinen vuosilaskeuma Harjavallan tutkimusgradientilla vuosina 1992-1998 7
LisätiedotMUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA
MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Ulkoelektronit ja oktettisääntö Alkuaineen korkeimmalla energiatasolla olevia elektroneja sanotaan ulkoelektroneiksi eli valenssielektroneiksi.
LisätiedotREAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA
KERTAUSTA REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Aineiden ominaisuudet voidaan selittää niiden rakenteen avulla. Aineen rakenteen ja ominaisuuksien väliset riippuvuudet selittyvät kemiallisten sidosten avulla. Vahvat
LisätiedotVoimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä
Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä Susanna Vähäsarja ÅF-Consult 4.2.2016 1 Sisältö Vedenkäsittelyn vaatimukset Mitä voimalaitoksen vesikemialla tarkoitetaan? Voimalaitosten
Lisätiedot